Еволюція техносфери і середовища проживання людини в ноосферу

Існування біосфери Землі як природної системи виражається в першу чергу в круговороті енергії і речовин при участі всіх живих організмів. Підрозділ організмів за способами харчування на три групи: автотрофні, гетеротрофні і міксотрофное, зроблене німецьким фізіологом В. Пфеффер (1845 1920). було великим науковим узагальненням, що сприяє розумінню основних процесів обміну речовин в біосфері.

Початок вчення про біосферу було закладено Ж. Б. Ламарком (1744-1829 рр.), Який запропонував термін "біологія". Визначення ж "біосфера" вперше було введено австрійським геологом Е. Зюссом в 1875 році в його роботі по геології Альп.

Факти про біосферу накопичувалися поступово в зв'язку з розвитком переважно біологічних наук: ботаніки, географії, ґрунтознавства.

Але значно ширше уявлення про біосфері розкрито в працях В. І. Вернадського (1863-1945 рр.).

За Вернадським, біосфера - область існування життя, живих організмів на Землі як єдиного освіти, що утворює грандіозну впорядковану структуру, своєрідна єдність: "Серед величезної геологічної літератури відсутня пов'язаний нарис біосфери, що розглядається як єдине ціле, як закономірний прояв механізму планети, її верхній області земної кори ".

Вернадський розкрив явище дісімметріі нашої планети на прикладі рухомої частини земної кори "- астеносфери в районі Тихого океану. Існування дісімметріі (не суцільний оболонок) вказує, що їх походження тісно пов'язане з геологічними явищами в історії нашої планети, що мають планетарний характер. Вернадський вперше отримав кількісний показник, який підтверджує дісімметріі планети і вказав на можливість перебування "дисиметричністтю явищ" навіть в Космосі (рис. 26).

До своєрідною різновиди кругообігів в біосфері відносяться її ритмічні зміни - повторюваність в часі комплексу процесів, які кожен раз розвиваються в одному напрямку. При цьому розрізняють дві її форми:

періодична повторюваність - ритми однаковою тривалістю (час обороту Землі навколо осі);

циклічна повторюваність - ритми змінної тривалості.

Періодичність в біосфері проявляється у багатьох процесах: тектонічних, опадонакопичення, кліматичних, біологічних та багатьох інших. Ритми бувають різної тривалості: геологічні, вікові, внутрівековие, річні, добові і т.д. (Див. Вище - 3. Коливальний характер природних процесів).

Розвиваючи вчення про біосферу, Вернадський прийшов до наступних висновків: "біогенна міграція хімічних елементів в біосфері прагне до максимального свого прояву". Залучаючи неорганічне речовина в "вихор життя", в біологічний круговорот, життя здатна згодом проникати в раніше недоступні їй області планети і збільшувати свою геологічну активність.

Вернадський розглядав біосферу як область життя, основа якої - взаємодія живого і відсталого речовини. Він писав: "Живі організми є функцією біосфери і найтіснішим образом матеріально й енергетично з нею пов'язані, є величезною геологічною силою, її визначальної".

Взаємодія живого і відсталого речовини (в даному випадку природних середовищ і об'єктів техносфери) характеризується перш за все тим, що частина енергії відсталого речовини засвоюється, асимілюється живим речовиною. Ця нова геологічна сила змінює організацію поверхні Землі. Кількість накопиченої потенційної енергії збільшується. Жива речовина стає, таким чином, регулятором дійсної енергії біосфери.

У біосфері види і пологи рослинних і тваринних організмів взаємопов'язані, тривалість середньої житті є похідне відбору, яке оптимально гарантує виживання і компенсує потомство. Величина необхідної поглинається енергії у автотрофні і гетеротрофних організмів лімітується цієї основної закономірністю еволюційного процесу.

Вернадський писав: "У земній корі в результаті життя і всіх її проявів відбувається збільшення дійсної енергії. Це збільшення активної енергії позначається хоча б у збільшенні свідомості і в зростанні впливу в біосфері в геохімічних процесах єдиного комплексу життя. Воно створення, повільно йшло в геологічному часу , такий геологічної сили, якою є характерне для нашої псіхозойской ери цивілізоване людство, ясно це показує. Організми представляють жива речовина, тобто сукупність всіх живих організм ів, в даний момент існуючих, чисельно виражене в елементарному хімічному складі, у вазі, в енергії. Воно пов'язане з навколишнім середовищем біогенним струмом атомів: своїм диханням, харчуванням і розмноженням "(Вернадський, 1987, 1988).

Найістотніша особливість біосфери - це біогенна міграція атомів хімічних елементів, що викликаються променистою енергією Сонця і виявляються в процесі обміну речовин, зростанні та розмноженні організмів.

Біогенна міграція атомів підпорядковується двом біогеохімічним процесам:

виживання організмів, що збільшують биогенную міграцію атомів;

створення форм, стійких в біосфері в напрямку, що збільшує прояв біогенної міграції атомів в біосфері.

Цей біохімічний принцип Вернадського стверджує високу пристосованість живої речовини, пластичність, мінливість у часі.

За словами Вернадського: "Жива речовина по вазі складає незначну частину планети. Очевидно, це спостерігається протягом усього геологічного часу, тобто геологічно вічно. Воно зосереджено в тонкій, більш-менш суцільний плівці на поверхні суші в тропосфері - в полях і лісах - і проникає весь океан. Кількість його обчислюється частками, що не перевищують десятих часток відсотка біосфери по вазі, порядку близького до 0,25%. на суші воно йде у великих скупченнях на глибину в середньому, ймовірно, менше 3 км. Поза біосфери її немає "(Вернадський, 1987).

Відповідно до сучасних уявлень, біосфера - це своєрідна оболонка Землі, що містить усю сукупність живих організмів і ту частину речовини планети, що знаходиться в безупинному обміні з цими організмами.

Біосфера охоплює нижню частину атмосфери, гідросферу і верхні горизонти літосфери. Продукти життєдіяльності живих істот відносяться до вельми рухливим речовин, які переміщуються в просторі далеко за межі проживання організмів. Тому природно, що розподіл живих організмів більш обмежена в просторі, ніж уся біосфера в цілому.

В ідеальному варіанті Вернадський розглядав поступовий розвиток живої речовини в межах біосфери, взаємодія його з відсталим речовиною, в т.ч. з техносферою, з переходом цього симбіозу в новий стан - відкриту систему - ноосферу.

Географічне середовище - та оболонка Землі, яка впливає на умови життя, виробництва, культури, побуту людей. Ноосфера - оболонка Землі на яку впливають виробництво, культура, побут людей; сюди відносяться і колишні поховані шари Землі, що змінилися під впливом минулих антропогенних впливів, не включені в нинішню географічне середовище. Ноосфера відображає планетарне вплив суспільного виробництва на верхні оболонки Землі; не всі ці зміни входять безпосередньо в географічне середовище.

Ноосфера, за Вернадським, вимагає якісно іншого підходу: глобального управління планетарними процесами за єдиною розумною волі.

«Людство, взяте в цілому, стає потужною геологічною силою. І перед ним, перед його думкою і працею стає питання про перебудову біосфери в інтересах вільного мислячого людства як єдиного цілого.

Це новий стан біосфери, до якого ми, не помічаючи цього, наближаємося, і є "ноосфера" »(Вернадський. 1988).

У 1938 році Вернадський писав: "Ми присутні і життєво беремо участь у створенні в біосфері нового геологічного фактора, що не бувалого в ній по потужності. Створення ноосфери з біосфери є природні явища, глибше і потужний у своїй основі, ніж людська історія." (Вернадський , 1987).

Разом з тим Вернадський розглядав біосферу як одну з геосфер, як геологічну оболонку, а не як живу плівку планети, тобто "вільне" від геологічного минулого і фізичного середовища збори живих організмів. Важливо зрозуміти і представляти нерозривну спряженість живої речовини, як висловлювався Вернадський, з усіма речовими структурами Землі. Тверда оболонка планети і зараз, і завжди була пов'язана з біосферою. Абсолютно невірно її поділ на кілька біосфер, вона завжди була єдиною тому, що біосферний процес на Землі ніколи не переривався. Не можна відходити від геологічного розуміння біосфери і відповідно геологічного значення людського розуму. Це вже зовсім нове розуміння керуючої планетарної ролі людства (рис. 27).

Людство, тесаного камінь, перетворивши корінь або гілку дерева в дротик або спис, розвівши перший штучний (в результаті тертя) вогонь, вступило в безпосереднє протиріччя з навколишнім середовищем, а здобувши і приготувавши за допомогою цих предметів праці і знарядь добування для себе їжу, вступило в безпосередній контакт з біосферою Землі на якісно новому рівні, перетворивши біологічну «харчовий ланцюжок» в свою користь.

У біосфері зародився і сформувався людина як homo sapiens, біосфера завжди була для нього захисним екраном від зовнішнього (космічного) впливу, але вона ж і надавала негативний вплив на людське життя і середовище проживання в результаті впливу на неї несприятливих чинників навколишнього середовища - підвищення і зниження температури повітря атмосфери, атмосферних опадів, підйомів і опускань рівнів води у водних об'єктах, поблизу яких він проживав, стихійних явищ, лих і катастроф в результаті природних катаклізмів.

Для захисту від впливів природних середовищ і свого стійкого життєзабезпечення людина стала створювати свої, антропогенні об'єкти, тим самим впливаючи на навколишнє середовище і біосферу в свою сторону і забезпечуючи для себе комфортні умови проживання за рахунок інших природних об'єктів - перегороджуючи водотоки гідротехнічними спорудами, споруджуючи будівлі і споруди з природних матеріалів, добуваючи з надр корисні копалини. В кінцевому підсумку людина створила нову, котрої немає до цього в природі середовище проживання - техносферу, «відігрався» на природі за всі заподіяні йому «лиха».

Створення техносфери стало для людства тривалим процесом, обумовленим еволюційним розвитком людини і середовища її проживання в просторі і в часі.

На сьогоднішній день діяльність людини досягла глобальних масштабів впливу на біосферу, змінюючи кругообіг речовин, водний баланс планети, надаючи сильний вплив на грунти, рослинність і тваринний світ. Антропогенна діяльність створила нові токсичні джерела забруднення біосфери, що створило загрозу існування самої людини.

Людство в своєму еволюційному розвитку радикально збільшило свою чисельність, переламавши в свою користь питоме співвідношення живих організмів біосфери.

Як зазначалося вище, середня чисельність людей тільки за період ХХ століття зросла на 4,5 млрд. Чоловік, а середня щільність населення збільшилася лише з XVII по XXI століття з 3,7 чол / км 2 до 43,6 чол / км 2 при загальній частці зменшення чисельності тваринного світу пропорційно в 3,6 рази.

Одночасно з ростом чисельності населення з цього ж періоду почався процес урбанізації, переселення людей на постійне проживання з природних умов - сільській місцевості - в великі населені пункти - міста, головним чином з метою залучення населення до промислового виробництва.

Внутрішні впливу на біосферу як замкнуту систему виражаються в факторах впливу внутрішньої енергії Землі і антропогенного впливу безпосередньо або через техносферу (рис. 28).

Особливо явно це проявилося через споживання джерел енергії безпосередньо з навколишнього середовища.

Вільна енергія F для біосфери як замкнутої системи виражається:

Т - температура (стабілізується за рахунок теплообміну з навколишнім середовищем);

U - внутрішня енергія біосфери як замкнутої системи;

F - вільна енергія.

Внутрішня енергія біосфери постійно зростає за рахунок використовуваної в ній і вільної енергії, при цьому вільна енергоємність біосфери як замкнутої системи знижується, а, отже, зростає ентропія.

Розглядаючи з нинішніх позицій вчення Вернадського про ноосферу, у більшості вчених маємо цілковиту відсутність оптимістичного погляду на розвиток в ній подальших подій.

Відповідно до закону єдності і боротьби протилежностей, відбувається постійне і взаємовиключні взаємодія між природними системами і техносферою, як результатом антропогенної діяльності, що приводить до незворотних процесів поки що перетворення відкритих природних систем і їх взаємного впливу і взаємопроникнення з закритими (техносферою і її об'єктами).

Тільки в подоланні протилежності розвитку і перетворення цих систем лежить основа збереження навколишнього середовища і людства.